От пожирателей к смерти

Насекомые-филлофаги являются обязательным элементом лесных экосистем и питаются листьями или хвоей. Нередко производимая деревьями фитомасса превосходит объемы, необходимые для нормальной жизнедеятельности, и в этом случае изъятие излишков даже полезно для дерева. Однако если количество насекомых сильно повышается, флора от этого может серьезно пострадать.

Гусеница непарного шелкопряда (Lymantria dispar) Гусеница непарного шелкопряда (Lymantria dispar)
© Александр Ильиных

Не все виды филлофагов способны резко увеличить свою численность, но это случается за счет ряда их свойств: высокой плодовитости, изменчивости организма, кучной откладки яиц. Однако в некоторых популяциях распространены болезни, вызываемые энтомопатогенными вирусами — они используются людьми в качестве регуляторов численности насекомых. Сейчас наиболее полно изучено семейство безвредных для человека бакуловирусов (Baculoviridae) — на их основе уже разработаны препараты для биологического контроля массовых видов филлофагов. Эти микроорганизмы способны вызывать среди насекомых эпизоотии — широкое распространение болезни на большой территории. Также Baculoviridae в течение длительного времени сохраняются в окружающей среде и в латентном виде в организме хозяев. Еще одно их достоинство заключается в узком воздействии — то есть бакуловирусы способны поражать один или несколько видов, не навредив другим представителям экосистемы.

— Минусом препаратов на основе Baculoviridae является довольно длительный временной промежуток от момента применения до гибели насекомых, — пояснил на XV съезде Русского энтомологического общества ведущий сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН доктор биологических наук Александр Васильевич Ильиных. — Он может составлять от 4—6 до 14—17 дней: то есть за этот период филлофаги успеют нанести ощутимый ущерб растениям.

Уникальность Baculoviridae в том, что они обладают специальными белковыми «оболочками» — матриксами, защищающими вирус от неблагоприятных условий среды. Однако у него была своя ахиллесова пята: длительный инкубационный период, который ученые преодолели с помощью разработки рекомбинантных штаммов. Для этого в геном бакуловирусов встроили гены инсектицидных токсинов — яда скорпионов и пауков. Такое нововведение во многих случаях значительно сокращало «период ожидания» бакуловирусов, сохраняя относительно высокую биологическую эффективность и поражая исключительно вредоносных насекомых.

— Кроме того, было установлено, что вирусная инфекция может влиять на гормональный баланс инфицированных особей, — добавил Александр Ильиных. — Так, ряд бакуловирусов имеет egt-ген, инактивирующий гормон линьки насекомых. Инфицирование гусениц непарного шелкопряда вирусами, содержащими этот ген, приводило к нарушению процессов линьки и аномальному росту насекомых, что выражалось в продлении их возраста. Это, в свою очередь увеличивает вероятность поражения насекомых естественными врагами — энтомофагами. Так, паразитические мухи (тахины и саркофагиды) откладывают яйца на гусениц непарного шелкопряда, а вышедшие из яиц личинки мух «пожирают» гусениц и куколок. Соответственно, чем больше период развития гусениц, тем больше вероятность поражения энтомофагами.

Одним из способов преодоления вирусной инфекции может быть апоптотический (приводящий к уничтожению инфицированных клеток насекомого) ответ зараженного организма. Если встроить в некоторые Baculoviridae гены-ингибиторы и ген-супрессор, способные противостоять апоптозу, филлофаги не смогут защититься от заболевания.

Барьерную функцию для защиты насекомых от проникновения патогенов (в том числе вирусов) из кишечника в клетки эпителия выполняет перитрофическая мембрана. Однако определенные бакуловирусы справляются и с этой проблемой, потому что содержат так называемые энхансины — группу белков, способных разрушать белковый матрикс мембраны, давая тем самым возможность проникать в клетки филлофагов.

— Зачастую бакуловирусы могут длительное время сохраняться в организме насекомого-хозяина в латентном состоянии, — рассказал ученый. — Тогда используется метод ПЦР (полимеразная цепная реакция): он позволяет диагностировать вирус в минимальных количествах (на уровне единичных копий генов). Для идентификации причины смертности филлофагов применяется рестрикционный анализ вирусной ДНК, чтобы понять — это произошло из-за вируса, который был внесен в популяцию, или в результате активации скрытого вируса.

Исследование распространения вирусоносительства у непарного шелкопряда с помощью ПЦР выявило, что показатели насекомых из новосибирской, свердловской и хабаровской популяций варьировались в очень широком спектре — от 23 % до 91%. При этом уровень носительства Baculoviridae у филлофагов был значительно выше, чем смертность — то есть их наличие не означает неизбежной гибели хозяев. Вероятно, вирусная ДНК способна полностью или частично утратить инфекционность, при этом выявляясь в образцах. Кроме того, развитие бакуловирусов может подавляться механизмами резистентности насекомых к инфекции, поэтому актуальным для ученых остается вопрос: в течение скольких генераций вирус сохраняет способность к заражению?

Помимо прочего, ПЦР может применяться и как диагностика массового размножения у насекомых-филлофагов. Для некоторых видов было установлено, что чувствительность личинок к патогенам различной — не только вирусной — природы значительно зависит от фазы вспышки размножения. Так, биологическая активность вирусов, выделенных в различные фазы вспышки, может значительно изменяться. Это позволяет оптимизировать отбор для создания поражающих препаратов на основе Baculoviridae.

Источник: Алёна Литвиненко www.sbras.info

Метки , , , . Закладка постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *